特許 6481044 サンドイッチパネルを溶接するための溶接電極、方法、および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6481044

(24)【登録日】2019年2月15日

(45)【発行日】2019年3月13日

(54)【発明の名称】サンドイッチパネルを溶接するための溶接電極、方法、および装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/30 20060101AFI20190304BHJP

   B23K 11/16 20060101ALI20190304BHJP

【ＦＩ】

   B23K11/30 330

   B23K11/16 320

【請求項の数】13

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-536975(P2017-536975)

(86)(22)【出願日】2015年11月16日

(65)【公表番号】特表2018-501963(P2018-501963A)

(43)【公表日】2018年1月25日

(86)【国際出願番号】EP2015076656

(87)【国際公開番号】WO2016113019

(87)【国際公開日】20160721

【審査請求日】2017年8月25日

(31)【優先権主張番号】102015100496.8

(32)【優先日】2015年1月14日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510041496

【氏名又は名称】ティッセンクルップ スチール ヨーロッパ アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ Ｓｔｅｅｌ Ｅｕｒｏｐｅ ＡＧ

(73)【特許権者】

【識別番号】501186597

【氏名又は名称】ティッセンクルップ アクチェンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100151448

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 孝博

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田 芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜 洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100203035

【弁理士】

【氏名又は名称】五味渕 琢也

(74)【代理人】

【識別番号】100185959

【弁理士】

【氏名又は名称】今藤 敏和

(74)【代理人】

【識別番号】100160749

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100202267

【弁理士】

【氏名又は名称】森山 正浩

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】シェルギィ，アズディン

(72)【発明者】

【氏名】ベラク，ヨヴァン

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−０１５２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０６０６７８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５９−０８５３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１２１０６５２１（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１０４８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−２８４９８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １１／３０

Ｂ２３Ｋ １１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接電極本体（２，２’）と、
溶接電極（１，１’，２６ａ）と溶接接続を生成するためのコンポーネント（２２）との間に接触を形成するために、前記溶接電極本体（２，２’）に接続されているか、または接続可能な溶接電極キャップ（１８，１８’，１８”）と
を含む前記溶接電極であって、
前記溶接電極（１，１’，２６ａ）に一体化されるか、または一体化可能であり、前記溶接電極本体（２，２’）および前記溶接電極キャップ（１８，１８’，１８”）に導電するように接続されているか、または接続可能である導電性抵抗素子（８）が、前記コンポーネント（２２）の加熱のために設けられ、
前記溶接電極（１，１’，２６ａ）が、前記溶接電極本体（２，２）を少なくとも部分的に取り囲み、前記溶接電極本体（２，２’）から電気的に絶縁されている、導電性溶接電極ジャケット（１０）を備え、
前記溶接電極本体（２，２’）が、前記抵抗素子（８）および前記溶接電極キャップ（１８，１８’，１８”）を横切って、前記溶接電極ジャケット（１０）に導電するように接続されているか、または接続可能であるように、前記溶接電極（１，１’，２６ａ）が設計されていることを特徴とする、溶接電極。

【請求項2】

前記溶接電極（１，１’，２６ａ）が溶接されるべき前記コンポーネント（２２）に接触するように意図される領域内で、前記抵抗素子（８）が、前記溶接電極（１，１’，２６ａ）の中に一体化されているか、または一体化可能であることを特徴とする、
請求項１に記載の溶接電極。

【請求項3】

前記抵抗素子（８）が、前記溶接電極本体（２，２’）の中に一体化されているか、または一体化可能であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の溶接電極。

【請求項4】

前記抵抗素子（８）が、前記溶接電極キャップ（１８，１８’，１８”）の中に一体化されているか、または一体化可能であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の溶接電極。

【請求項5】

前記溶接電極（１，１’，２６ａ）が、溶接電流（Ｉ_Ｓ）が導通するための少なくとも第１の材料を含み、前記抵抗素子（８）の電気抵抗率が、前記溶接電流（Ｉ_Ｓ）が導通するための前記溶接電極（１，１’，２６ａ）の前記第１の材料の電気抵抗率よりも大きいことを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接電極。

【請求項6】

前記溶接電極本体（２，２’）および／または前記溶接電極キャップ（１８，１８’，１８”）が、少なくとも部分的に、前記溶接電流（Ｉ_Ｓ）が導通するための前記第１の材料から成り、一方、前記第１の材料が金属であることを特徴とする、
請求項５に記載の溶接電極。

【請求項7】

前記導電性溶接電極ジャケット（１０）が、少なくとも部分的に金属から成ることを特徴とする、
請求項１から６のいずれか一項に記載の溶接電極。

【請求項8】

前記溶接電極が、前記導電性溶接電極ジャケット（１０）と前記溶接電極本体（２，２’）との間に、前記溶接電極本体（２，２’）を少なくとも部分的に取り囲む電気絶縁体（１２）を備えることを特徴とする、
請求項７に記載の溶接電極。

【請求項9】

前記抵抗素子（８）が、少なくとも部分的に金属から成り、前記抵抗素子（８）の電気抵抗率が銅の電気抵抗率よりも大きいことを特徴とする、
請求項１から８のいずれか一項に記載の溶接電極。

【請求項10】

前記溶接電極本体（２，２’）が、前記溶接電極（１，１’，２６ａ）を冷却するための冷却チャネル（１６）を備えることを特徴とする、
請求項１から９のいずれか一項に記載の溶接電極。

【請求項11】

サンドイッチシートを少なくとも１つの他の金属コンポーネントに抵抗溶接するための方法であって、
前記サンドイッチシートが、２つの金属カバー層と、前記金属カバー層の間に配置された熱可塑性プラスチック層とを備え、
溶接されるべき前記サンドイッチシートの領域が加熱されて、前記熱可塑性プラスチック層が軟化し、前記カバー層と一体にプレスすることによって前記溶接領域から移動され、前記サンドイッチシートの側に配置された第１の溶接電極および前記他の金属コンポーネントの側に配置された第２の溶接電極を通って第１の回路内に電流が流れることによって、前記カバー層が前記他のコンポーネントと一体に溶接される方法であって、
前記第１の溶接電極が、請求項１から１０のいずれか一項に記載の溶接電極であり、前記第１の溶接電極の前記溶接電極本体と、前記抵抗素子と、前記溶接電極キャップとを備える第２の回路内に電流が流れることによって、溶接されるべき前記サンドイッチシートの前記領域が加熱されることを特徴とする、
方法。

【請求項12】

金属カバー層（２２ａ，２２ｂ）の間に配置された熱可塑性プラスチック層（２２ｃ）を備えるサンドイッチシート（２２）を少なくとも１つの他の金属コンポーネント（２４）に抵抗溶接するための装置であって、
前記サンドイッチシート（２２）の側に配置可能な第１の溶接電極（１，１’，２６ａ）と、前記他の金属コンポーネント（２４）の側に配置可能な第２の溶接電極（２６ｂ）とを備え、
少なくとも前記第１の溶接電極および前記第２の溶接電極（１，１’，２６ａ，２６ｂ）を横切って溶接電流（Ｉ_Ｓ）を導く第１の回路（３２）を設けるための手段（２８，３０）を備え、
溶接されるべき前記サンドイッチシート（２２）の領域から前記サンドイッチシート（２２）の前記プラスチック層（２２ｃ）を移動させるための手段（１，１’，２６ａ）を備える装置であって、
前記第１の溶接電極（１，１’，２６ａ）が、請求項１から１０のいずれか一項に記載の溶接電極であり、第２の回路（３４）が設けられ、前記第２の回路（３４）が、前記第１の溶接電極（１，１’，２６ａ）の前記溶接電極本体（２，２’）と、前記抵抗素子（８）と、前記溶接電極キャップ（１８，１８’，１８”）とを備え、その結果、溶接されるべき前記サンドイッチシート（２２）の前記領域が、前記第２の回路（３４）内の電流の流れによって加熱され得ることを特徴とする、
装置。

【請求項13】

金属カバー層の間に配置された熱可塑性プラスチック層を備えるサンドイッチシートを少なくとも１つの他の金属コンポーネントに抵抗溶接するための、請求項１から１０のいずれか一項に記載の溶接電極または請求項１２に記載の装置の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接電極本体と、溶接電極と溶接接続を生成するためのコンポーネントとの間に接触を形成するために、溶接電極本体に接続されるか、または接続可能な溶接電極キャップとを備える溶接電極に関する。

【0002】

さらに、本発明は、サンドイッチシートを少なくとも１つの他の金属コンポーネントに抵抗溶接するための方法に関し、サンドイッチシートが、２つの金属カバー層と、金属カバー層の間に配置された熱可塑性プラスチック層とを含み、溶接されるべきサンドイッチシートの領域が加熱されて、熱可塑性プラスチック層が軟化し、カバー層を一体にプレスすることによって溶接領域から移動され、サンドイッチシートの側に配置された第１の溶接電極および他の金属コンポーネントの側に配置された第２の溶接電極を通って、第１の回路内に電流が流れることによって、カバー層が他のコンポーネントと一体に溶接される。

【0003】

さらに、本発明は、金属カバー層の間に配置された熱可塑性プラスチック層を備えるサンドイッチシートを少なくとも１つの他の金属コンポーネントに抵抗溶接するための装置に関し、サンドイッチシートの側に配置可能な第１の溶接電極と、他の金属コンポーネントの側に配置可能な第２の溶接電極と、少なくとも第１の溶接電極および第２の溶接電極を横切って溶接電流を導く第１の回路を設ける手段と、溶接されるべきサンドイッチシートの領域からサンドイッチシートのプラスチック層を移動させるための手段とを備える装置に関する。

【0004】

最後に、本発明は、抵抗溶接のための溶接電極または装置の使用にさらに関する。

【背景技術】

【0005】

２つの薄い金属カバー層の間に熱可塑性プラスチック層を備えるサンドイッチシートを使用することにより、自動車産業における軽量構造設計に対する増加する要求を満たすことができて、これらのシートの使用によって、自動車設計における重量節減の可能性をさらに高めることができる。サンドイッチシートは、様々の有利な、しばしば相互に排他的な属性を提供することができ、新規な重量節減の可能性を開く。したがって、プラスチック層によって、サンドイッチシートは中実シートよりもはるかに軽量であり、同時にそれらは高い強度値を提供する。さらに、サンドイッチシートは防音性があり、良好な剛性を提供する。

【0006】

しかし、サンドイッチシートの加工における１つの問題は、それらが電気絶縁性のプラスチック層を有し、それによって完璧な溶接接続の形成に関して、溶接中に問題が発生することである。他の金属コンポーネントへの抵抗溶接または抵抗スポット溶接などの溶接に対してサンドイッチシートが不適当であるため、したがってサンドイッチシートは互いに接着されるか、または機械的に接合されることが多い。

【0007】

それでもやはりサンドイッチシートの溶接を可能にするために、独国特許出願公開第１０２０１１１０９７０８号明細書から、サンドイッチシートを別の金属コンポーネントに接合するための方法であって、接続領域内の中間層が溶融され、接続領域から移動されて、その結果、コンポーネントとサンドイッチシートのカバー層との間に電気的接触を形成することによって、溶接接続が生成され得る方法が知られている。温度制御可能な電極またはプレス要素によって、接合領域の加熱を実施することが提案されている。このために、溶接電極またはプレス要素には、例えば制御システムによって別個に作動される加熱要素が設けられている。溶接電極本体および溶接電極キャップに対する修正が必要であるので、したがって溶接電極の構造がかなり複雑になる。さらに、可能な限り短いサイクル時間が達成され得るように、熱可塑性プラスチック層の加熱速度をさらに増加させることが望ましい。

【0008】

さらに、米国特許第４，６５０，９５１号明細書から、溶接電極の周りに配置された加熱要素によって加熱され、したがって実際の溶接が開始する前に、カバー層の間に位置するプラスチック層を加熱し、移動させる２つの溶接電極を使用して、２つの複合シートを抵抗溶接するための方法が知られている。これは、相対的に大きい装置につながる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０２０１１１０９７０８号明細書

【特許文献2】米国特許第４，６５０，９５１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

この従来技術から出発して、本発明が解決しようとする課題は、溶接電極、抵抗溶接のための方法および装置を提供し、その使用を提案することであり、従来使用されていた溶接電極の修正を最小限に抑えて、コンパクトな設計で、溶接されるべきサンドイッチシートの効率的な加熱が達成され得る。

【課題を解決するための手段】

【0011】

明言される課題は、この種の溶接電極のための本発明の第１の教示により解決され、その教示では、溶接電極の中に一体化されるか、または一体化可能であり、溶接電極本体および溶接電極キャップに導電するように接続されるか、または接続可能な導電性抵抗素子が、コンポーネントを加熱するために設けられる。

【0012】

導電性抵抗素子によって、電気エネルギーが、導電性抵抗素子を通る加熱電流（予熱電流）の流れによって熱に変換される。熱の生成は、一方では電気抵抗素子と、溶接電極本体および／または溶接電極キャップとの間の境界抵抗によって生じ、他方では電気抵抗素子自体の電気抵抗によって生じる。これによって、今度は溶接電極キャップに接触して溶接接続を生成するコンポーネントが加熱され得る。コンポーネントがサンドイッチシートである場合、サンドイッチシートの熱可塑性プラスチック層は、したがって簡単な方法で軟化されることができて、例えば、その結果、カバーシートが一体にプレスされ得るようにする。

【0013】

次に、サンドイッチシートは、溶接電流の流れ（溶接電流）によって溶接電極を同様に使用して、別のシートなどの別のコンポーネントに溶接され得る。溶接電流の流れは、第１の回路を横切って発生し、加熱電流の流れは、第２の回路を横切って発生することができる。溶接電極は、第１の回路および第２の回路の両方の一部であることができる。

【0014】

有利なことに、電気抵抗素子を溶接電極の中に一体化することにより、コンパクトな溶接電極が提供され得る。例えば、抵抗素子はブロックとして特に容易に設計され得る。同時に、電気抵抗素子は、溶接電極本体および溶接電極キャップに導電するように接続されているか、または接続可能であるので、別個の作動は必要なく、溶接電極は、電気抵抗素子を一体化するためにわずかに修正される必要があるだけである。すなわち、抵抗素子を通って、溶接電極本体および溶接電極キャップを横切って電流の流れが達成され得る。このために、溶接電極本体および溶接電極キャップの両方が、導電性材料を含むことができ、または導電性材料から作製されることも可能である。抵抗素子は、溶接電極本体および／または溶接電極キャップに直接的または間接的に導電するように接続されるか、または接続可能であってよい。特に有利には、溶接電極は、溶接電極本体が、抵抗素子を横切って、好ましくは、単独で抵抗素子を横切って導電するように溶接電極キャップまで接続されるか、または接続され得るように設計される。このようにして、加熱のための電流全体が抵抗素子を横切って導通し得る。抵抗素子を迂回することは、回避される。

【0015】

溶接電極キャップを溶接電極本体に接続することについて、この溶接電極キャップは、例えば着脱可能な様式で溶接電極本体に接続され得るか、または接続可能であり得る。例えば、溶接電極キャップが、溶接電極本体上に取り付けられることが可能である。このために、溶接電極本体は、例えば第１の端部で溶接電極キャップに適合されることができる。溶接電極本体は、例えば、溶接電極キャップを取り付けるための第１の端部と、第２の端部とを含む実質的に細長い延長部を備えることができる。特に、溶接電極本体はスリーブとして設計され得る。

【0016】

溶接電極の一実施形態によれば、溶接電極が溶接されるべきコンポーネントに接触するように意図される領域内で、抵抗素子が溶接電極に一体化され、または一体化可能である場合、溶接電極から接触させるべきコンポーネントへの特に効率的な熱伝達が生じることができる。例えば、抵抗素子が、溶接電極キャップの領域内に設けられることが可能である。

【0017】

溶接電極の特に好ましい実施形態によれば、抵抗素子は、溶接電極本体に一体化されているか、または一体化可能である。好ましくは、抵抗素子は、溶接電極キャップに接続するために設けられる、溶接電極本体の第１の端部の領域内に配置されるか、または配置され得る。例えば、溶接電極本体の第１の端部に、抵抗素子用の台座が設けられる。好ましくは、簡単で、省スペースな一体化のために、台座は、溶接電極本体内に抵抗素子を挿入するために凹部の形態で設けられ得る。例えば、抵抗素子は、着脱可能または非着脱可能な様式で溶接電極本体内に一体化され得る。

【0018】

この実施形態の特別な利点は、溶接電極本体の修正だけが必要とされるので、標準的な溶接電極キャップの使用が可能になることである。したがって、以前に使用されていた溶接電極キャップは、追加の修正を施さずに使用され続けることができる。その結果として、溶接されるべきコンポーネントに溶接電極が接触する領域内で、抵抗素子が溶接電極の中に特に容易に一体化され得る。

【0019】

溶接電極の別の特に好ましい実施形態によれば、抵抗素子は、溶接電極キャップ内に一体化されているか、または一体化可能である。例えば、簡単で、省スペースな一体化のために、台座は、溶接電極キャップ内に抵抗素子を挿入するための凹部の形態で設けられ得る。例えば、抵抗素子は、着脱可能または非着脱可能な様式で溶接電極キャップ内に一体化され得る。

【0020】

その結果として、溶接電極キャップの修正のみが必要とされるので、標準的な溶接電極本体の使用が達成され得る。したがって、以前に使用されていた溶接電極本体は、それ以上修正せずに使用され続けることができる。その結果として、溶接されるべきコンポーネントに溶接電極が接触する領域内で、抵抗素子が溶接電極の中に特に容易に一体化され得る。さらに、この場合、抵抗素子は有利には溶接電極キャップと交換することができる。

【0021】

特に有利なことに、前述の２つの実施形態では、溶接電極本体内、または溶接電極キャップ内に抵抗素子を一体化するには、溶接電極全体ではなく、単に溶接電極本体または溶接電極キャップのいずれかを適合させることだけが必要である。

【0022】

溶接電極の別の実施形態によれば、溶接電極は、溶接電流が導通するための少なくとも第１の材料を含み、抵抗素子の電気抵抗率は、溶接電流が導通するための溶接電極の第１の材料の電気抵抗率より大きい。このようにして、抵抗素子で熱の生成を集中させることができ、その結果、接触されるべきコンポーネントで目標の入熱が発生することができる。

【0023】

溶接電極の別の実施形態によれば、溶接電極本体および／または溶接電極キャップが、少なくとも部分的に、溶接電流が導通するための第１の材料から成り、一方、第１の材料が、好ましくは金属、特に銅または銅合金である。このようにして、溶接電極本体または溶接電極キャップの構造を簡単に保つことができ、さらに、良好な導電性を達成することができて、不要な熱を発生させない。

【0024】

溶接電極の別の実施形態によれば、溶接電極が、溶接電極本体を少なくとも部分的に取り囲み、溶接電極本体から電気的に絶縁されている、導電性溶接電極ジャケットを備える。このようにして、加熱のために電流が流れるために、電流導入部および電流リターン部の両方が、溶接電極によってコンパクトな方法で実現され得る。

【0025】

特に有利なことに、導電性溶接電極ジャケットは、電流リターン部を取り付けるように設計されている。例えば、溶接電極ジャケットは、導体のための接続領域を含む。

【0026】

溶接電極の別の実施形態によれば、導電性溶接電極ジャケットが、少なくとも部分的に金属から成り、特に銅または黄銅のような銅合金から成る。このようにして、溶接電極ジャケットの良好な導電性が達成される。これにより、溶接電極本体に沿って不必要な熱の発生を低減し、または防止することができる。

【0027】

溶接電極の別の実施形態によれば、溶接電極が、導電性溶接電極ジャケットと溶接電極本体との間に、溶接電極本体を少なくとも部分的に取り囲む電気絶縁体を備える。これは、同様に、例えば、導電性溶接電極ジャケットと溶接電極本体との間に配置されたジャケットとして提供されてもよい。電気絶縁体によって、溶接電極本体と導電性溶接電極ジャケットとの間の不必要な電流の流れが、簡単な方法で獲得され得る。したがって、溶接電極を横切って抵抗素子に入り、かつ抵抗素子から出る予熱電流の流れが獲得され得る。

【0028】

別の実施形態によれば、溶接電極本体が、抵抗素子および溶接電極キャップを横切って溶接電極ジャケットに導電するように接続されるか、または接続可能であるように、溶接電極が設計される。好ましくは、溶接電極本体は、抵抗素子および溶接電極キャップを横切って単独で溶接電極ジャケットに導電するように接続されるか、または接続可能である。このようにして、予熱電流は、抵抗素子によって簡単な方法で導通することが可能であり、溶接電極本体および溶接電極ジャケットという手段によって抵抗素子に出入りして獲得され得る。したがって、結果として、抵抗素子を横切って予熱電流を導くために、最小のコンポーネントおよび修正が必要である。

【0029】

溶接電極の別の実施形態によれば、抵抗素子が、少なくとも部分的に金属から成り、抵抗素子の電気抵抗率が、好ましくは、例えば銅の電気抵抗率よりも大きい。金属の抵抗素子を用いて、抵抗素子は溶接電極の中に導電するように容易に一体化され得る。さらに、熱を効率的に発生させるためには、銅の電気抵抗率よりも大きく、例えば、好ましくは１よりも顕著に大きい電気抵抗率が有利であることが示された。特に好ましくは、電気抵抗素子はタングステンを含むか、またはタングステンから成る。しかしながら、基本的には、例えば、銅よりも高い電気抵抗率を含む他の金属もまた考えられる。

【0030】

溶接電極の別の実施形態によれば、溶接電極本体は、溶接電極を冷却するための冷却チャネルを備える。このようにして、溶接電極本体、およびしたがって溶接電極の冷却が達成可能であり、その結果、抵抗素子を通る電流の流れによる過度に強烈な加熱が回避され得る。

【0031】

本発明の第２の教示によれば、上述の問題は、サンドイッチシートを少なくとも１つの他の金属コンポーネントに抵抗溶接するためのこの種の方法で解決され、その方法では、第１の溶接電極が、本発明による溶接電極であり、溶接されるべきサンドイッチシートの領域が、第１の溶接電極の溶接電極本体と、抵抗素子と、溶接電極キャップとを備える第２の回路の中の電流の流れによって加熱される。

【0032】

第１の溶接電極の溶接電極本体と、電気抵抗素子と溶接電極キャップとを備える第２の回路の中に本発明による溶接電極を使用する場合、溶接領域の加熱が、コンパクトな設計を用いて簡単な方法で達成され得ることが発見された。電気抵抗のために、例えば、一体に溶接されるべきコンポーネントで追加の電流ブリッジを必要とせずに、溶接領域の加熱が電気抵抗素子により行われ得る。既に考察したように、熱の生成は、一方では電気抵抗素子と溶接電極本体および／または溶接電極キャップとの間の境界抵抗によって生じ、他方では電気抵抗素子自体の電気抵抗によって生じる。

【0033】

第２の溶接電極は、例えば、溶接電極本体および溶接電極キャップを例えば備える第１の溶接電極と同様に構成することが可能である。しかしながら、第１の溶接電極とは対照的に、第２の溶接電極は、熱を発生させるための電気抵抗素子を全く備えないことが好ましい。

【0034】

電気抵抗素子が、例えば第１の溶接電極の溶接電極本体の中に一体化されている場合、有利にも、第１の溶接電極および第２の溶接電極用に同じ溶接電極キャップが使用され得る。電気抵抗素子が、例えば第１の溶接電極の溶接電極キャップの中に一体化されている場合、有利にも、第１の溶接電極および第２の溶接電極用に同じ溶接電極本体が使用され得る。

【0035】

本発明による方法の一実施形態によれば、第１の回路の中で溶接電流の流れは、第１の溶接電極の溶接電極本体、抵抗素子および溶接電極キャップ、サンドイッチシート、他の金属コンポーネント、ならびに他の金属コンポーネントと接触する第２の溶接電極を横切って発生する。したがって、電気抵抗素子は、溶接中に必ずしも再び除去される必要はない。

【0036】

本発明による方法の一実施形態によれば、第２の回路の中で加熱電流の流れは、第１の溶接電極の溶接電極本体、抵抗素子、溶接電極キャップおよび導電性溶接電極ジャケット、ならびにそれに取り付けられる二次的接続導体を横切って発生する。したがって、特に、第２の回路は、サンドイッチシートおよび／または他の金属コンポーネントを含まない。

【0037】

本発明の第３の教示によれば、上述の問題は、サンドイッチシートを抵抗溶接するためのこの種の装置で解決され、その装置では、第１の溶接電極が本発明による溶接電極であり、第２の回路が設けられ、第２の回路が、第１の溶接電極の溶接電極本体と、抵抗素子と、溶接電極キャップとを備え、その結果、溶接されるべきサンドイッチシートの領域が、第２の回路の中の電流の流れによって加熱される。

【0038】

装置の他の有利な実施形態に関しては、溶接電極および方法の実施形態ならびにその利点の説明を参照されたい。

【0039】

本発明による方法の好ましい実施形態による方法のステップの説明は、本発明による装置の好ましい実施形態による方法のステップを実行する対応手段をさらに開示する。同様に、方法のステップを実行する手段の開示は、方法の対応するステップを開示することになる。

【0040】

本発明の第４の教示によれば、上述の問題は、金属カバー層の間に配置された熱可塑性プラスチック層を備えるサンドイッチシートを少なくとも１つの他の金属コンポーネントに抵抗溶接し、特に抵抗スポット溶接するために、本発明による溶接電極または本発明による装置を使用することによって解決される。

【0041】

さらに、本発明は、図面に関連して例示的な実施形態によってより詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1a】溶接電極キャップを含まない本発明による溶接電極の第１の例示的な実施形態の長手方向断面の概略分解図である。

【図1b】溶接電極キャップを含む溶接電極の第１の例示的な実施形態の長手方向断面の概略図である。

【図2a】溶接電極キャップを含まない本発明による溶接電極の第２の例示的な実施形態の長手方向断面の概略分解図である。

【図2b】溶接電極キャップを含む溶接電極の第２の例示的な実施形態の長手方向断面の概略図である。

【図3】本発明による方法の例示的な実施形態を実施するための本発明による装置の例示的な実施形態の概略図である。

【図4a】図１の溶接電極を使用して溶接されるべき領域の拡大図である。

【図4b】図２の溶接電極を使用して溶接されるべき領域の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

最初に、図１ａは、溶接電極キャップを含まない本発明による溶接電極の第１の例示的な実施形態の長手方向断面の概略分解図を示す。溶接電極１は、溶接電極本体２を備える。これは、第１の端部４および第２の端部６を含む実質的に細長いスリーブとして設計される。第１の端部４で、溶接電極本体２は、導電性抵抗素子８を受けるための凹部７を備える。抵抗素子８と台座７とは、互いに適合されており、その結果、抵抗素子８は、溶接電極本体２の中に一体化され、溶接電極本体２に導電するように接続される。

【0044】

この場合の溶接電極本体２は、溶接電流が導通するための第１の材料、銅合金でできている。抵抗素子８は、タングステンから成り、したがって溶接電極本体２の第１の材料よりも大きい電気抵抗率を含む。したがって、抵抗素子８は、銅の電気抵抗率よりも大きい電気抵抗率を含む。

【0045】

溶接電極１は、溶接電極本体２を少なくとも部分的に取り囲み、溶接電極本体２から電気的に絶縁されている、導電性溶接電極ジャケット１０をさらに備える。導電性溶接電極ジャケット１０は、この場合、黄銅のような銅合金という金属から成る。絶縁のために、溶接電極１は、導電性溶接電極ジャケット１０と溶接電極本体２との間に、溶接電極本体２を少なくとも部分的に取り囲む電気絶縁体１２を備える。溶接電極ジャケット１０は、電流リターン部を取り付けるために、溶接電極本体２の第２の端部６の領域内に接続領域１４をさらに備える。

【0046】

溶接電極１の冷却のために、溶接電極本体２は、溶接電極本体２の長さに沿って第２の端部６から第１の端部４まで概ね延在する冷却チャネル１６を備える。

【0047】

図１ｂは、図１の溶接電極の第１の例示的な実施形態の長手方向断面の概略図を示し、溶接電極キャップ１８をさらに示している。溶接電極本体と同様に溶接電極キャップ１８は、同様に溶接電流が導通するための第１の材料から成り、この場合は銅合金から成る。溶接電極キャップ１８は、溶接されるべきコンポーネントと接触するように設計されている。溶接電極本体２は抵抗素子８に適合されており、抵抗素子８が溶接電極本体２の中に一体化されているので、溶接電極キャップ１８用の抵抗素子８を含む溶接電極本体２は、標準的な溶接電極本体のように働く。このようにして、溶接電極１の中に抵抗素子８を一体化するにもかかわらず、修正する必要のない溶接電極キャップ１８を使用することができる。その代わりに、溶接電極キャップ１８は、矢印の方向に通常通りに溶接電極本体２上に取り付けられることが可能である。このために、溶接電極キャップ１８は凹部１９を備え、その中に溶接電極本体２が、抵抗素子８を含むその第１の端部４によって導入され得る。

【0048】

溶接電極キャップ１８は、溶接電極本体２および溶接電極ジャケット１０の中に一体化された抵抗素子８に導電するように接続され得るように設計されている。

【0049】

図２ａは、溶接電極キャップを含まない、本発明による溶接電極１’の第２の例示的な実施形態の長手方向断面の概略分解図を示す。ここで、溶接電極１’は、溶接電極１と同様に設計されている。したがって、溶接電極１の説明を参照されたい。しかし、溶接電極１とは対照的に、溶接電極１’は抵抗素子を備えていない。

【0050】

図２ｂに示すように、抵抗素子８は溶接電極キャップ１８’内に一体化されている。図２ｂは、溶接電極キャップ１８’を含む溶接電極１’の第２の例示的な実施形態の長手方向断面の概略図を示す。第１の溶接電極キャップ１８と同様に、溶接電極キャップ１８’は、抵抗素子８を除いて、銅合金から成る。次に抵抗素子８は、より高い電気抵抗率を備える材料であるタングステンから成る。溶接電極キャップ１８’は抵抗素子８に適合され、抵抗素子８は溶接電極キャップ１８’の中に一体化されているので、溶接電極本体２’用の抵抗素子８を含む溶接電極キャップ１８’は、標準的な溶接電極キャップのように働く。このようにして、溶接電極１’の中に抵抗素子を一体化するにもかかわらず、修正される必要のない溶接電極本体２’が使用され得る。その代わりに、溶接電極キャップ１８’は溶接電極本体２’上に通常通りに取り付けられ得る。

【0051】

溶接電極キャップ１８’は、溶接電極キャップ１８と同様に、溶接電極本体２および溶接電極ジャケット１０に導電するように接続可能であるように設計されている。

【0052】

さらに、図２ｂは、溶接電極キャップ１８”の別の例示的な実施形態を示す。ここでは、抵抗素子８は、溶接電極キャップ１８”に一体化されて、抵抗素子８が溶接されるべきコンポーネントと接触することができる。

【0053】

図３は、本発明による方法の例示的な実施形態を実施するための、本発明による装置２０の例示的な実施形態の概略図を示す。

【0054】

ここでは、例えば、図１および図２に示す溶接電極１，１’が使用され得る。装置２０は、サンドイッチシート２２を少なくとも１つの他の金属コンポーネント２４に抵抗溶接するように設計されている。サンドイッチシート２２は、好ましくはスチール２２ａ、２２ｂでできた金属カバー層の間に配置された熱可塑性プラスチック層２２ｃを含む。他のコンポーネント２４は、鋼板のような金属シートとして同様に形成される。装置２０は、サンドイッチシート２２の側に配置された第１の溶接電極２６ａと、他の金属コンポーネント２４の側に配置された第２の溶接電極２６ｂとを備える。第１の溶接電極２６ａとして、図１または図２に示すような溶接電極１または１’の１つのような、本発明による溶接電極の例示的な実施形態が使用される。第２の溶接電極２６ｂについても同様に、図１または図２に示すような溶接電極が使用可能であるが、しかし第２の溶接電極は導電性抵抗素子を備える必要は全くない。

【0055】

さらに、装置２０は、電流源２８および導電体３０によって、少なくとも第１の溶接電極２６ａおよび第２の溶接電極２６ｂを横切って溶接電流Ｉ_Ｓを導く第１の回路３２を提供する手段を備える。第１の回路３２は、電流源２８と、導電体３０と、第１の溶接電極２６ａと、サンドイッチシート２２と、他のコンポーネント２４と、第２の溶接電極２６ｂとを備える。さらに、装置２０は、第１の溶接電極２６ａによって、サンドイッチシート２２のプラスチック層２２ｃを溶接されるべきサンドイッチシート２２の領域から移動させる手段を備える。

【0056】

さらに、予熱電流Ｉ_Ｖが導通するために第２の回路３４が設けられている。第２の回路３４は、電流源２８と、導電体３０と、第１の溶接電極２６ａと、導電体３６と、第２の溶接電極２６ｂとを備える。第１の溶接電極２６ａに関して、第２の回路３４は、第１の溶接電極２６ａ（図４も参照）の溶接電極本体、抵抗素子、溶接電極キャップおよび溶接電極ジャケットを備えて、その結果、第２の回路３４内に電流が流れることにより、溶接されるべきサンドイッチシート２２の領域が加熱され得る。別法として、第２の回路３４が、第２の溶接電極２６ｂを使用せずに、導電体３６によって、例えば、第１の溶接電極２６ａから直接電流源２８に戻ることもまた考えられる。

【0057】

装置２０を用いて、サンドイッチシート２２を他の金属コンポーネント２４に抵抗溶接するための方法が実施され得る。この方法では、溶接されるべきサンドイッチシート２２の領域が加熱されて、熱可塑性プラスチック層２２ｃが軟化し、カバー層２２ａ、２２ｂを一体にプレスすることによって溶接領域から移動される。このために、溶接トングのような、溶接電極に力を加える手段が提供され得る。溶接されるべきサンドイッチシート２２の領域は、第２の回路３４内の予熱電流Ｉ_Ｖの流れによって加熱される。既に示したように、第２の回路３４は、第１の溶接電極２６ａの溶接電極本体、抵抗素子、溶接電極キャップ、および溶接電極ジャケットを備える。抵抗素子の電気抵抗率のために、抵抗素子を通る電流の流れが第１の溶接電極２６ａ、およびしたがって、溶接されるべきサンドイッチシート２２の領域を加熱することができて、その結果、熱可塑性プラスチック層２２ｃが軟化し、移動されることができる。

【0058】

次に、コンポーネント２２，２４を横切って溶接電極２６ａと２６ｂとの間に導電性接続が存在するので、その後、カバー層２２ａ、２２ｂが、第１の溶接電極２６ａと第２の溶接電極２６ｂとを横切る第１の回路３２内の電気溶接電流Ｉ_Ｓの流れによって、他のコンポーネント２４と互いに溶接され得る。

【0059】

図４ａは、図１の溶接電極１を利用して溶接されるべき領域の拡大図を示す。予熱電流Ｉ_Ｖは、第２の回路３４内で、導電体３６および溶接電極ジャケット１０の接続領域１４を横切って流れる。さらに、溶接電極キャップ１８が溶接電極ジャケット１０と接触することによって、予熱電流Ｉ_Ｖが、溶接電極キャップ１８、溶接電極本体の中に一体化された抵抗素子８および溶接電極本体２を横切って流れる。抵抗素子８の電気抵抗、および抵抗素子８と溶接電極キャップ１８または溶接電極本体２との間の境界抵抗の増加によって、プラスチック層２２ｃを局所的に加熱するのに必要な熱が生成される。

【0060】

図４ｂは、図２の溶接電極１’を使用して溶接されるべき領域の拡大図を示す。ここでもやはり、本明細書で溶接電極キャップ１８’に一体化されている抵抗素子８が、一方では溶接電極キャップ１８’、溶接電極ジャケット１０、接続領域１４および導電体３６を横切って、また他方では、溶接電極本体２’および導電体３０を横切って電流源２８に接続されている。この場合にも、抵抗素子８の電気抵抗、および抵抗素子８と溶接電極キャップ１８’または溶接電極本体２’との間の境界抵抗の増加によって、プラスチック層２２ｃを局所的に加熱するのに必要な熱が生成される。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a】

【図4b】